¿Un segundo Big Bang?

Materia Oscura

¿Qué es la materia oscura? La materia oscura es una sustancia invisible que mantiene unidas grandes estructuras como galaxias y mantiene unida la red cósmica, aparentemente solo afectada por la gravedad y muy misteriosa. Constituye alrededor del 27 % de la materia del universo, mientras que la materia solo representa el 5 % y, sin embargo, incluso con docenas de búsquedas, ninguna ha encontrado signos de detección de materia oscura, lo que nos lleva a creer que quizás solo la gravedad pueda afectarla.

Descubrimiento de materia oscura

Si bien nadie ha encontrado realmente materia oscura, alguien debe haber descubierto que existe. ¿verdad?

Bueno, todo comenzó con un astrónomo suizo llamado Fritz Zwicky, quien acuñó el término "dunkle materie", que en alemán significa materia oscura. Publicó un artículo en 1933 sobre un suceso extraño. Un cúmulo de galaxias llamado Cúmulo de Coma tenía galaxias que se movían demasiado rápido, lo que significa que deberían haber escapado de él, sin embargo, de todos modos permanecieron juntas. El Dr. Zwicky se dio cuenta de que podría haber alguna extraña materia invisible que mantuviera unido el cúmulo, aunque no tenía evidencia suficiente para convertirla en una teoría ampliamente conocida.

Más tarde, en la década de 1970, la astrónoma estadounidense Vera Rubin notó que las estrellas en los márgenes de las galaxias espirales deberían haber sido arrojadas a la inmensidad del espacio debido al movimiento giratorio de la galaxia, lo que significa que las galaxias espirales no deberían existir en absoluto. Esto sugería que había algún tipo de materia que mantenía unida a la galaxia, pero no era visible, por lo que decidió que debía ser la materia oscura de Zwicky, que mantiene unidas tanto a las galaxias como a los cúmulos de galaxias.

Esta evidencia era tan clara que ahora es ampliamente aceptada por la comunidad científica, aunque aún no está claro qué es en realidad.

Importante Aviso:

Antes de continuar, es importante señalar que la materia oscura no es lo mismo que la energía oscura. La energía oscura es la fuerza misteriosa que hace que el universo se expanda, mientras que la materia oscura es lo que mantiene unidas grandes estructuras como las galaxias.

Y de regreso al artículo:

El Big Bang Oscuro

Los físicos han estado buscando materia oscura durante más de 40 años, pero sin éxito. Han estado realizando experimentos en busca de partículas masivas de interacción débil, o WIMP para abreviar. Los científicos esperan que, si estos WIMP existieran, interactuarían con la fuerza nuclear débil y con la gravedad, lo que significa que reaccionarían con los núcleos atómicos. Lo que hacen los físicos es observar cubas de líquido muy denso, con la esperanza de ver el destello de una partícula de materia oscura chocar con el núcleo de uno de los átomos. 

Sin embargo, hasta ahora no se han obtenido resultados al proponer que la materia oscura no se ve afectada por la fuerza nuclear débil, lo que algunos físicos llaman el "escenario de pesadilla", porque la gravedad afecta muy poco a las cosas en una escala tan pequeña.

Katherine Freese cree que la clave para encontrar la materia oscura es comprender sus orígenes. Freese y Martin Winkler sugirieron en febrero de 2023 que podría haber habido otro big bang, unas semanas después del tradicional "big bang caliente", llamándolo "big bang oscuro", que puede haber dado origen a las partículas de materia oscura que constituyen casi un tercio del universo actual.

"La gente siempre supone que todo se crea al mismo tiempo en un único big bang, pero ¿quién sabe realmente?" dice Freese.

En 1949, los científicos al principio se mostraron escépticos ante la idea de un big bang, pero en 1964 descubrieron el fondo cósmico de microondas, o CMB para abreviar, que sólo se explica por un big bang. Freese espera encontrar un tipo similar de zumbido de fondo hecho de ondas gravitacionales, dando evidencia de que existe.

Verá, los cálculos de Freese y Winkler proponen que hay tres posibilidades diferentes para un big bang oscuro, cada una con partículas diferentes, aunque todo tendría que haber sucedido aproximadamente un mes después del big bang caliente para no afectar la creación del universo de una manera diferente a como lo vemos hoy.

"Tienes que estar absolutamente seguro de no alterar la evolución estándar de la cosmología". - Katherine Freese

1. El primer big bang oscuro es abrupto y produce grandes "burbujas" en expansión que liberan energía al chocar. Las burbujas serían tan energéticas que podrían tener 10 billones de veces la masa de un protón, por lo que Freese y Winkler las llaman "Darkzillas", en honor al monstruo ficticio japonés "Godzilla".
2. Si el big bang oscuro fuera un proceso más gradual, entonces las partículas que se producirían serían más ligeras, y serían los WIMPs que tantos científicos están buscando, que tendrían sus propias fuerzas de la naturaleza, como el electromagnetismo oscuro para hacer oscuridad. fotones.
3. Sin embargo, si estas fuerzas oscuras no existen en la solución gradual, entonces te quedarás con estas partículas de materia oscura que no pueden equilibrar su energía, lo que hace que se engullan entre sí al chocar.

Por supuesto, estas son sólo algunas de las posibilidades de un big bang oscuro, sin embargo, aún no está claro de dónde proviene la energía para se produciría un big bang oscuro.

Pero ¿qué tiene esto que ver con las ondas gravitacionales? Bueno, Freese dice que las burbujas que colisionan dejarían ondas gravitacionales en el espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales, similares al CMB producido por el big bang caliente. De hecho, es posible que ya hayamos detectado estas ondas, ya que las hemos estado detectando desde 2016 y hemos encontrado más de un centenar de ellas. Generalmente son causados ​​por colisiones de objetos densos como agujeros negros o estrellas de neutrones, pero hay una especie de zumbido de fondo que probablemente podría ser producido por la colisión de agujeros negros distantes, pero también podrían ser señales de un big bang oscuro. 

"Las escalas [de energía] de las que estamos hablando para el big bang oscuro son perfectas para las colisiones de burbujas que darían [estas] señales". dice el Dr. Freese

Ya sea que esta teoría resista la prueba del tiempo o sea refutada, la búsqueda continúa para encontrar evidencia de que realmente hubo un big bang oscuro.

La verdad siempre se encuentra en la simplicidad, y no en la multiplicidad y confusión de las cosas. - Isaac Newton

Fuentes:

Imagen de portada: https://scitechdaily.com/images/Dark-Big-Bang-Comparison-scaled.jpg

Fuente de información 1: New Scientist 11 de noviembre de 2023: https://www.newscientist.com/issue/3464/

Fuente de información 2: https://science.nasa.